Propriedades reológicas do chocolate? A Kinexus torna isso fácil!

Geral

O chocolate derretido pode ser descrito como uma suspensão concentrada de partículas sólidas finas e grossas, como cacau em pó, açúcar e leite em pó, dispersas em uma fase contínua de gordura, geralmente manteiga de cacau [1]. Seu comportamento reológico é determinado pelas características físico-químicas de seus componentes, juntamente com vários outros fatores, como composição e temperatura. Entre outros, a distribuição do tamanho das partículas, o tipo de emulsificante e a CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização do açúcar determinam a viscosidade do produto a ser processado.

Da viscosidade do chocolate a clientes satisfeitos ...e fabricantes!

Por sua vez, a viscosidade de cisalhamento do chocolate derretido influencia sua sensação na boca para os consumidores. Essa viscosidade do chocolate é extremamente importante não apenas para encantar o consumidor, mas também no processo de fabricação e no controle de qualidade do produto final. Ter as propriedades viscoelásticas adequadas no chocolate derretido, por exemplo, garante a eficiência dos processos de moldagem e casting, evitando a formação de bolhas de ar durante a moldagem e assegurando a produção de cascas homogêneas durante o envase.

A viscosidade de cisalhamento e o ponto de escoamento são as principais propriedades reológicas de interesse nos processos industriais do chocolate. A viscosidade de cisalhamento é simplesmente calculada dividindo-se a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de cisalhamento pela taxa de cisalhamento. A Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento pode ser determinada de diferentes maneiras [2]. Uma delas aplica diferentes funções de modelo, como o modelo de Casson, na curva de fluxo.

Para garantir altos padrões de qualidade nos processos industriais aos quais as diferentes formulações de cacau são submetidas, o International Office of Cocoa, Chocolate and Sugar Confectionary (IOCCC) lançou uma revisão do Analytical Method 46 em 2000, que define um protocolo padrão para medir a viscosidade do chocolate e dos produtos de cacau [3].

Método analítico 46 com o reômetro rotacional Kinexus PrimeReômetro

Ao seguir esse método, a viscosidade do chocolate derretido é medida com um reômetro rotacional equipado com uma geometria de copo e bob feita de aço polido. A extremidade da bobina, ou rotor, pode ser cônica ou rebaixada.

O método prescreve a preparação da amostra em detalhes, fornecendo orientação específica para amostras líquidas e sólidas de chocolate branco, ao leite ou amargo, com ou sem açúcar. Em resumo, as amostras devem ser inicialmente aquecidas por um período de tempo, sendo que a temperatura e a duração dependem do tipo de produto de cacau. A geometria deve ser pré-condicionada a 40°C para evitar a CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização do chocolate derretido durante o processo de carregamento. Uma etapa de pré-cisalhamento também é necessária para garantir o equilíbrio da temperatura, a distribuição homogênea da amostra dentro da geometria e a eliminação de bolhas de ar.

O pré-cisalhamento é realizado a 40°C (± 0,1°C) a uma taxa de cisalhamento constante, normalmente 5 ^s-1 (ou 2 ^s-1 para produtos mais espessos); ele deve ser continuado até que o torque permaneça constante por pelo menos 2 minutos com um desvio máximo de 2%. A estabilização deve ser alcançada em 15 minutos, ou a medição não poderá ser realizada.

A medição é realizada a 40°C em três etapas:

1. A taxa de cisalhamento é aumentada de 2 ^s-1 para 50 ^s-1 em um período de 3 minutos. Isso pode ser feito continuamente ou em etapas com taxas de cisalhamento de 2, 5, 10, 20 e 50 ^s-1.
2. A taxa de cisalhamento é mantida em 50 ^s-1 por 1 minuto.
3. A taxa de cisalhamento é reduzida de 50 ^s-1 para 2 ^s-1 em 3 minutos, novamente de forma contínua ou gradual, seguindo o mesmo esquema de taxa de cisalhamento definido na primeira etapa.

Para ilustrar a aplicação dessa sequência, os resultados obtidos com a comparação de quatro barras de chocolate comerciais diferentes de uma única marca são discutidos a seguir. A primeira era um chocolate ao leite com 55% de cacau, e as três restantes eram barras de chocolate amargo com 70, 85 e 100% de cacau. As medições foram realizadas com o reômetro rotacional Kinexus Prime ultra+ equipado com um cartucho cilíndrico e uma geometria cup-and-bob de 34 mm. A temperatura e as etapas analíticas foram aplicadas exatamente como definido no Método Analítico 46. A Figura 1 exibe a taxa de cisalhamento (em verde) aplicada durante o pré-cisalhamento e as três etapas, bem como a viscosidade de cisalhamento (em azul) alcançada para um chocolate com 100% de cacau.

As curvas de viscosidade de cisalhamento dos quatro chocolates testados mostram um comportamento de afinamento por cisalhamento: quanto maior a taxa de cisalhamento, menor a viscosidade de cisalhamento; figura 2. As curvas de fluxo não apresentam um resultado intuitivo. A composição, a concentração de cada componente e a distribuição do tamanho das partículas sólidas suspensas afetam diretamente a viscosidade do chocolate derretido.

Essas quatro amostras diferentes têm composições diferentes, como pode ser visto na tabela 1, e, portanto, viscosidades diferentes. O chocolate ao leite com 55% de cacau, por exemplo, é o único que contém creme em pó e emulsificante.

Tabela 1: Composição e ordem de peso dos chocolates ao leite e amargo, com diferentes concentrações de cacau.

*Ordem de peso: 1 = a maior concentração e 5 = a menor concentração

Conforme mencionado anteriormente, o modelo de Casson é aplicado na curva de fluxo resultante para determinar a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de rendimento de Casson, ou seja, a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de cisalhamento mínima necessária para induzir o fluxo, bem como a viscosidade de Casson, ou seja, a viscosidade terminal na região de alto cisalhamento. A equação a seguir descreve o ajuste do modelo de Casson:

Uma curva de fluxo típica com análise automática de Casson é mostrada abaixo na figura 3, enquanto a tabela 2 resume os resultados da análise de Casson para todos os quatro tipos de chocolate.

Tabela 2: Resultados da análise de Casson para todos os quatro chocolates.

rSpace Software - Aplicativo simples de POP (Procedimentos Operacionais Padrão)

A Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento é definida como a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de cisalhamento acima da qual o material viscoelástico começa a fluir. Quanto menor for a Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento, menor será a resistência do chocolate ao fluxo. Portanto, essa é uma característica importante que definirá a processabilidade da formulação do cacau; por exemplo, a força necessária para bombear o chocolate derretido [4].

Embora o Método Analítico 46 tenha sido objeto de várias sugestões de melhoria em diversas publicações, propondo, por exemplo, mudanças no intervalo da taxa de cisalhamento ou a aplicação de diferentes modelos matemáticos para a correção dos parâmetros, sua aplicação associada ao modelo de Casson ainda é o protocolo padrão para a determinação da viscosidade e do ponto de escoamento do chocolate [4]. O modelo de Casson e a sequência de análise estão disponíveis na biblioteca do rSpace.

O reômetro rotacional Kinexus oferece a possibilidade de criar métodos de análise com base em ações reológicas individuais no software rSpace. Essas sequências de medição podem ser criadas e personalizadas para atender às necessidades de qualquer rotina de laboratório. Aqui, uma sequência de medição contendo todos os detalhes do Método Analítico 46 foi criada e aplicada. Com um clique, a medição é iniciada; a análise subsequente é realizada sem nenhuma intervenção do usuário, e os resultados finais, incluindo o ponto de rendimento, são fornecidos automaticamente.